Клетката е ниво на организация на живата материя, независима биосистема, която притежава основните свойства на всички живи същества. Така че може да се развива, размножава, движи, адаптира и променя. Освен това всяка клетка се характеризира с метаболизъм, специфична структура, подреденост на структурите и функциите.
Науката, която изучава клетките, е цитологията. Негов предмет са структурните единици на многоклетъчни животни и растения, едноклетъчни организми - бактерии, протозои и водорасли, състоящи се само от една клетка.
Ако говорим за общата организация на структурните единици на живите организми, те се състоят от обвивка и ядро с ядро. Те включват също клетъчни органели, цитоплазма. Към днешна дата различни методи за изследване са силно развити, но микроскопията заема водеща позиция, която ви позволява да изучавате структурата на клетките и да изследвате основните й структурни елементи.
Какво е органоид?
Органоидите (те също се наричат органели) са постоянни съставни елементи на всяка клетка, коятода го направи завършен и да изпълнява определени функции. Това са структурите, които са жизненоважни за поддържането му.
Органоидите включват ядрото, лизозомите, ендоплазмения ретикулум и комплекса на Голджи, вакуоли и везикули, митохондрии, рибозоми и клетъчния център (центрозома). Това включва и структури, които образуват цитоскелета на клетката (микротубули и микрофиламенти), меланозоми. Отделно е необходимо да се отделят органелите на движението. Това са реснички, флагели, миофибрили и псевдоподи.
Всички тези структури са взаимосвързани и осигуряват координираната дейност на клетките. Ето защо въпросът: "Какво е органоид?" - можете да отговорите, че това е компонент, който може да бъде приравнен към орган на многоклетъчен организъм.
Класификация на органели
Клетките се различават по размер и форма, както и по функциите си, но в същото време имат сходна химическа структура и единен принцип на организация. В същото време въпросът какво е органоид и какви структури е той е доста спорен. Например, лизозомите или вакуолите понякога не се класифицират като клетъчни органели.
Ако говорим за класификацията на тези клетъчни компоненти, тогава се разграничават немембранни и мембранни органели. Немембранни - това е клетъчният център и рибозомите. Органелите на движение (микротубули и микрофиламенти) също нямат мембрани.
Структурата на мембранните органели се основава на наличието на биологична мембрана. Едномембранните и двумембранните органели имат обвивка с единична структура, която се състои отдвоен слой от фосфолипиди и протеинови молекули. Той отделя цитоплазмата от външната среда, помага на клетката да поддържа формата си. Струва си да се помни, че в допълнение към мембраната, в растителните клетки има и външна целулозна мембрана, която се нарича клетъчна стена. Той изпълнява поддържаща функция.
Мембранните органели включват EPS, лизозоми и митохондрии, както и лизозоми и пластиди. Техните мембрани могат да се различават само по набора от протеини.
Ако говорим за функционалната способност на органелите, то някои от тях са способни да синтезират определени вещества. И така, важни органели на синтеза са митохондриите, в които се образува АТФ. Рибозомите, пластидите (хлоропластите) и грубият ендоплазмен ретикулум са отговорни за синтеза на протеини, гладкият ER е отговорен за синтеза на липиди и въглехидрати.
Нека разгледаме структурата и функциите на органелите по-подробно.
Core
Тази органела е изключително важна, защото когато се отстрани, клетките престават да функционират и умират.
Ядрото има двойна мембрана, в която има много пори. С тяхна помощ тя е тясно свързана с ендоплазмения ретикулум и цитоплазмата. Тази органела съдържа хроматин - хромозоми, които са комплекс от протеини и ДНК. Като се има предвид това, можем да кажем, че именно ядрото е органела, която е отговорна за поддържането на по-голямата част от генома.
Течната част на ядрото се нарича кариоплазма. Съдържа продуктите на жизнената дейност на структурите на ядрото. Най-плътната зона е ядрото, което съдържа рибозоми, сложни протеини иРНК, както и калиеви, магнезиеви, цинкови, железни и калциеви фосфати. Ядрото изчезва преди клетъчното делене и се образува отново в последните етапи на този процес.
Ендоплазмен ретикулум (ретикулум)
EPS е едномембранна органела. Той заема половината от обема на клетката и се състои от тубули и цистерни, които са свързани помежду си, както и с цитоплазмената мембрана и външната обвивка на ядрото. Мембраната на този органоид има същата структура като плазмалемата. Тази структура е интегрална и не се отваря в цитоплазмата.
Ендоплазменият ретикулум е гладък и гранулиран (грапав). Рибозомите са разположени върху вътрешната обвивка на гранулирания ER, в който се осъществява синтеза на протеин. На повърхността на гладкия ендоплазмен ретикулум няма рибозоми, но тук се извършва синтез на въглехидрати и мазнини.
Всички вещества, които се образуват в ендоплазмения ретикулум, се транспортират през системата от тубули и тубули до местоназначението си, където се натрупват и впоследствие се използват в различни биохимични процеси.
Като се има предвид синтезиращата способност на EPS, грубият ретикулум се намира в клетките, чиято основна функция е образуването на протеини, а гладкият ретикулум е разположен в клетките, които синтезират въглехидрати и мазнини. Освен това в гладкия ретикулум се натрупват калциеви йони, които са необходими за нормалното функциониране на клетките или на тялото като цяло.
Трябва също да се отбележи, че ER е мястото на формиране на апарата на Голджи.
Лизозоми, техните функции
Лизозомите са клетъчни органели,които са представени от едномембранни торбички с кръгла форма с хидролитични и храносмилателни ензими (протеази, липази и нуклеази). Съдържанието на лизозомите се характеризира с кисела среда. Мембраните на тези образувания ги изолират от цитоплазмата, предотвратявайки разрушаването на други структурни компоненти на клетките. Когато ензимите на лизозомата се освободят в цитоплазмата, клетката се самоунищожава - автолиза.
Трябва да се отбележи, че ензимите се синтезират основно върху груб ендоплазмен ретикулум, след което се придвижват до апарата на Голджи. Тук те претърпяват модификация, опаковат се в мембранни везикули и започват да се разделят, превръщайки се в независими компоненти на клетката - лизозоми, които са първични и вторични.
Първичните лизозоми са структури, които се отделят от апарата на Голджи, докато вторичните (храносмилателни вакуоли) са тези, които се образуват в резултат на сливането на първични лизозоми и ендоцитни вакуоли.
Като се има предвид тази структура и организация, можем да различим основните функции на лизозомите:
- смилане на различни вещества вътре в клетката;
- разрушаване на клетъчни структури, които не са необходими;
- участие в процесите на клетъчна реорганизация.
Вакуоли
Вакуолите са едномембранни сферични органели, които са резервоари на вода и разтворени в нея органични и неорганични съединения. Апаратът на Голджи и EPS участват във формирането на тези структури.
В животинска клетка вакуолиМалко. Те са малки и заемат не повече от 5% от обема. Основната им роля е да осигурят транспортирането на вещества в клетката.
Вакуолите на растителната клетка са големи и заемат до 90% от обема. В зряла клетка има само една вакуола, която заема централна позиция. Неговата мембрана се нарича тонопласт, а съдържанието й се нарича клетъчен сок. Основните функции на растителните вакуоли са да осигуряват напрежението на клетъчната мембрана, натрупването на различни съединения и отпадни продукти на клетката. В допълнение, тези органели на растителните клетки доставят водата, необходима за процеса на фотосинтеза.
Ако говорим за състава на клетъчния сок, тогава той включва следните вещества:
- резерв - органични киселини, въглехидрати и протеини, отделни аминокиселини;
- съединения, които се образуват по време на живота на клетките и се натрупват в тях (алкалоиди, танини и феноли);
- фитонциди и фитохормони;
- пигменти, поради които плодовете, корените и цветните листенца се оцветяват в съответния цвят.
Комплекс Голджи
Структурата на органоидите, наречени "апарат на Голджи", е доста проста. В растителните клетки те изглеждат като отделни тела с мембрана; в животинските клетки те са представени от цистерни, тубули и пикочни мехури. Структурната единица на комплекса Голджи е диктиозомата, която е представена от купчина от 4-6 "резервоара" и малки везикули, които се отделят от тях и са вътреклетъчна транспортна система, а също така може да служи като източник на лизозоми. Броят на диктиозомите може да варира от една до няколкостотици.
Комплексът Голджи обикновено се намира близо до ядрото. В животинските клетки - близо до клетъчния център. Основните функции на тези органели са както следва:
- секреция и натрупване на протеини, липиди и захариди;
- модификация на органични съединения, влизащи в комплекса на Голджи;
- този органоид е мястото на образуването на лизозоми.
Трябва да се отбележи, че ER, лизозоми, вакуоли и апаратът на Голджи заедно образуват тубулно-вакуоларна система, която разделя клетката на отделни секции със съответни функции. В допълнение, тази система осигурява постоянно обновяване на мембраните.
Митохондриите са енергийните станции на клетката
Митохондриите са двумембранни органели с пръчковидна, сферична или нишковидна форма, които синтезират АТФ. Те имат гладка външна повърхност и вътрешна мембрана с множество гънки, наречени кристи. Трябва да се отбележи, че броят на кристите в митохондриите може да варира в зависимост от енергийните нужди на клетката. Именно върху вътрешната мембрана са концентрирани множество ензимни комплекси, синтезиращи аденозин трифосфат. Тук енергията на химичните връзки се превръща в макроергични връзки на АТФ. В допълнение, митохондриите разграждат мастните киселини и въглехидратите с освобождаването на енергия, която се натрупва и използва за растеж и синтез.
Вътрешната среда на тези органели се нарича матрица. Тя есъдържа кръгова ДНК и РНК, малки рибозоми. Интересното е, че митохондриите са полуавтономни органели, тъй като зависят от функционирането на клетката, но в същото време могат да поддържат известна независимост. Така че те са в състояние да синтезират собствените си протеини и ензими, както и да се възпроизвеждат сами.
Смята се, че митохондриите възникват, когато аеробни прокариотни организми навлизат в клетката гостоприемник, което води до образуването на специфичен симбиотичен комплекс. И така, митохондриалната ДНК има същата структура като ДНК на съвременните бактерии и протеиновият синтез както в митохондриите, така и в бактериите се инхибира от същите антибиотици.
Пластиди - органели на растителни клетки
Пластидите са доста големи органели. Те присъстват само в растителните клетки и се образуват от предшественици – пропластиди, съдържат ДНК. Тези органели играят важна роля в метаболизма и са отделени от цитоплазмата с двойна мембрана. Освен това те могат да образуват подредена система от вътрешни мембрани.
Пластидите са от три вида:
- Хлоропластите са най-многобройните пластиди, отговорни за фотосинтезата, която произвежда органични съединения и свободен кислород. Тези структури имат сложна структура и са в състояние да се движат в цитоплазмата към източника на светлина. Основното вещество, съдържащо се в хлоропластите, е хлорофилът, с който растенията могат да използват енергията на слънцето. Трябва да се отбележи, че хлоропластите, подобно на митохондриите, са полуавтономни структури, тъй като са способни данезависимо разделение и синтез на собствени протеини.
- Левкопластите са безцветни пластиди, които се превръщат в хлоропласти, когато са изложени на светлина. Тези клетъчни компоненти съдържат ензими. С тяхна помощ глюкозата се преобразува и натрупва под формата на нишестени зърна. В някои растения тези пластиди са способни да натрупват липиди или протеини под формата на кристали и аморфни тела. Най-голям брой левкопласти е концентриран в клетките на подземните органи на растенията.
- Хромопластите са производни на другите два вида пластиди. Те образуват каротеноиди (по време на разрушаването на хлорофила), които са червени, жълти или оранжеви. Хромопластите са крайният етап на трансформация на пластиди. Повечето от тях са в плодове, венчелистчета и есенни листа.
Ribosome
Какво е органела, наречена рибозома? Рибозомите се наричат немембранни органели, състоящи се от два фрагмента (малки и големи субединици). Диаметърът им е около 20 nm. Те се намират в клетки от всякакъв вид. Това са органели от животински и растителни клетки, бактерии. Тези структури се образуват в ядрото, след което преминават в цитоплазмата, където се поставят свободно или прикрепени към EPS. В зависимост от синтезиращите свойства рибозомите функционират самостоятелно или се комбинират в комплекси, за да образуват полирибозоми. В този случай тези немембранни органели са свързани с молекула РНК.
Рибозомата съдържа 4 rRNA молекули, които съставляват нейната рамка, както и различни протеини. Основната задача на този органоид е да сглоби полипептидната верига, която е първата стъпка в протеиновия синтез. Тези протеини, които се образуват от рибозомите на ендоплазмения ретикулум, могат да се използват от целия организъм. Протеините за нуждите на отделна клетка се синтезират от рибозоми, които се намират в цитоплазмата. Трябва да се отбележи, че рибозомите се намират и в митохондриите и пластидите.
Цитоскелет на клетка
Клетъчният цитоскелет се формира от микротубули и микрофиламенти. Микротубулите са цилиндрични образувания с диаметър 24 nm. Дължината им е 100 µm-1 mm. Основният компонент е протеин, наречен тубулин. Не е способен на свиване и може да бъде унищожен от колхицин. Микротубулите са разположени в хиалоплазмата и изпълняват следните функции:
- създайте еластична, но в същото време здрава рамка на клетката, която й позволява да запази формата си;
- участвайте в процеса на разпределение на клетъчните хромозоми;
- осигурява движение на органели;
- съдържа се в клетъчния център, както и във флагели и реснички.
Микрофиламентите са нишки, които са разположени под плазмената мембрана и се състоят от протеин актин или миозин. Те могат да се свиват, което води до движение на цитоплазмата или изпъкване на клетъчната мембрана. Освен това тези компоненти участват в образуването на свиване по време на клетъчното делене.
Клетъчен център (центрозома)
Тази органела се състои от 2 центриоли и центросфера. Цилиндричен центриол. Стените му са образувани от три микротубули, които се сливат помежду си чрез кръстосани връзки. Центриолите са подредени по двойки под прав ъгъл един спрямо друг. Трябва да се отбележи, че в клетките на висшите растения липсват тези органели.
Основната роля на клетъчния център е да осигури равномерно разпределение на хромозомите по време на клетъчното делене. Той е и центърът на организацията на цитоскелета.
Органели на движение
Органелите на движението включват реснички, както и флагели. Това са малки израстъци под формата на косми. Флагелът съдържа 20 микротубули. Основата му се намира в цитоплазмата и се нарича базално тяло. Дължината на флагела е 100 µm или повече. Жгутиците с размер само 10-20 микрона се наричат реснички. Когато микротубулите се плъзгат, ресничките и флагелите са в състояние да осцилират, причинявайки движение на самата клетка. Цитоплазмата може да съдържа контрактилни фибрили, наречени миофибрили - това са органели на животинска клетка. Миофибрилите, като правило, се намират в миоцитите - клетки на мускулната тъкан, както и в сърдечните клетки. Те са съставени от по-малки влакна (протофибрили).
Трябва да се отбележи, че снопчетата на миофибрилите се състоят от тъмни влакна - това са анизотропни дискове, както и светли зони - това са изотропни дискове. Структурната единица на миофибрилата е саркомерът. Това е областта между анизотропния и изотропния диск, който има актинови и миозинови нишки. Когато се плъзгат, саркомерът се свива, което води до движение на цялото мускулно влакно. Втова използва енергията на АТФ и калциевите йони.
Протозоите и сперматозоидите на животните се движат с помощта на флагели. Ресничките са органът на движение на ресничките-обувки. При животните и хората те покриват дихателните пътища и помагат да се отърват от малки твърди частици, като прах. Освен това има и псевдоподи, които осигуряват амебоидно движение и са елементи на много едноклетъчни и животински клетки (например левкоцити).
Повечето растения не могат да се движат в космоса. Техните движения са растеж, движения на листата и промени в потока на цитоплазмата на клетките.
Заключение
Въпреки цялото разнообразие от клетки, всички те имат сходна структура и организация. Структурата и функциите на органелите се характеризират с идентични свойства, осигуряващи нормалното функциониране както на отделна клетка, така и на целия организъм.
Този модел може да бъде изразен по следния начин.
Таблица "Органоиди на еукариотни клетки"
Органоид |
Растителна клетка |
Клетка за животни |
Основни функции |
| core | е | е | съхранение на ДНК, транскрипция на РНК и синтез на протеин |
| ендоплазмен ретикулум | е | е | синтез на протеини, липиди и въглехидрати, натрупване на калциеви йони, образуване на комплекса на Голджи |
| митохондрии | е | е | синтез на АТФ, собствени ензими и протеини |
| пластиди | е | не | участие във фотосинтезата, натрупване на нишесте, липиди, протеини, каротеноиди |
| рибозоми | е | е | събиране на полипептидната верига (протеинов синтез) |
| микротубули и микрофиламенти | е | е | позволяват на клетката да поддържа определена форма, са неразделна част от клетъчния център, ресничките и флагела, осигуряват движение на органели |
| лизозоми | е | е | смилане на вещества вътре в клетката, разрушаване на ненужните й структури, участие в клетъчната реорганизация, предизвикване на автолиза |
| голяма централна вакуола | е | не | осигурява напрежение в клетъчната мембрана, натрупва хранителни вещества и отпадни продукти на клетката, фитонциди и фитохормони, както и пигменти, е резервоар с вода |
| Комплекс Голджи | е | е | секретира и натрупва протеини, липиди и въглехидрати, модифицира хранителните вещества, които влизат в клетката,отговорен за образуването на лизозоми |
| клетъчен център | има, с изключение на по-висши растения | е | е центърът на организацията на цитоскелета, осигурява равномерно разминаване на хромозомите по време на клетъчното делене |
| миофибрили | не | е | осигурете мускулна контракция |
Ако направим заключения, можем да кажем, че има малки разлики между животинска и растителна клетка. В същото време функционалните характеристики и структурата на органелите (таблицата по-горе потвърждава това) имат общ принцип на организация. Клетката функционира като хармонична и цялостна система. В същото време функциите на органелите са взаимосвързани и насочени към оптимална работа и поддържане на жизнената активност на клетката.
